独立完成！暨南大学2021年第1篇Nature

刚性分子筛材料，对小分子具有良好的作用，而对大分子则完全排斥，利用动态分子筛材料，可以分离出具有相应理化性质的分子。金属有机骨架(MOF)，以其在分子水平上对结构和功能的精确控制而著称。然而，在动态分子筛MOF框架的局部柔性的合理设计，仍然是困难且具有挑战性的。

在此，来自暨南大学的陆伟刚&李丹等研究者，报告了一种MOF材料(JNU-3a)，它具有一维嵌有分子袋的通道，在不同的压力下分别向丙烯(C₃H₆)和丙烷(C₃H₈)打开。相关论文以题为“Orthogonal-array dynamic molecular sieving of propylene/propane mixtures”于2021年07月21日发表在Nature上。

在此，研究者报道了一种MOF材料(JNU-3a；JNU即暨南大学的缩写)，其特点是具有向一维扩散通道开放的动态分子袋。袋体作为相互作用诱导的筛选位点，用于在吸附阶段对接所需的分子，而一维通道有助于快速吸附-解吸扩散。气体吸附数据显示，在不同的分压下，气腔向C₃H₆和C₃H₈开放。JNU-3a暴露在C₃H₆或C₃H₈的大气中，通过单晶到单晶的转变，揭示了袋的动态性质。

突破实验表明，JNU-3能够在很大的流速范围内从等摩尔C₃H₆/C₃H₈混合物中，分离出高纯度C₃H₆(≥99.5%)，最大C₃H₆产率为53.5 l kg⁻¹。JNU-3能够在单个吸附-解吸循环中实现聚合物级C₃H₆，这是以前由Y-abtc实现的，但是从5/95的C₃H₆/C₃H₈混合物中实现。基于正交阵列动态分子筛的分离机理，可以实现大的分离能力和快速的吸附-解吸动力学。

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图1. 分子筛选

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图2. JNU-3的晶体结构

图3. 光诱导的畴壁。气体吸附特性和DSC曲线

图4. 结合位点和动态门打开

图5. 突破实验

图6. 潮湿条件下的可回收性及突破性实验

综上所述，本文报道了一种具有一维通道的MOF材料(JNU-3a)，其中嵌入的分子口袋，在不同的压力下分别向C₃H₆和C₃H₈开放。突破实验表明，JNU-3a可以从等摩尔的C₃H₆/C₃H₈混合物中，在单一吸附-解吸循环中获得高纯度的C₃H₆(≥99.5%)。此外，在相似的条件下，与两种性能最好的材料相比，它可以获得更高的生产效率和至少一个数量级的扩散动力学。这些优异的分离特性归因于潜在的分离机制，即正交阵列动态分子筛。这一机制代表了新一代分子筛的潜力，不仅实现了大的分离能力，而且快速的吸附-解吸动力学，这两者都将有助于吸附分离中的能量转换。

文献信息

Zeng, H., Xie, M., Wang, T. et al. Orthogonal-array dynamicmolecular sieving of propylene/propane mixtures. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03627-8

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03627-8#citeas

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